PNAS：细胞废弃物的运输通路或对于开发治疗癌症和痴呆症的新型疗法至关重要

2021年9月9日 讯 /生物谷BIOON/ --真核生物的一个关键特征就是核膜（nuclear envelope），其是一种脂质双分子层，能用来隔离并保护细胞的遗传物质免受伤害，大分子在这层屏障上的运输被认为几乎是完全通过核孔来进行的，然而疱疹病毒颗粒和巨型核糖核酸蛋白（megaRNPs）则能使用另外一种运输方式，即通过核包膜出芽的形式（NEB）。近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“envelope budding is a response to cellular stress”的研究报告中，来自哥德堡大学等机构的科学家们通过研究表示，一种此前并未被发现的细胞废弃物运输通路或许对于未来开发癌症和痴呆症的新型疗法至关重要，此外，研究人员还发现了一种新型通路，即细胞能利用该通路来移除废弃物，否则则会损伤细胞中的基因的功能。

图片来源：https://www.pnas.org/content/118/30/e2020997118

这种新型通路能穿过细胞核膜，后者通常能够保护细胞中的DNA，本文研究中，研究人员对细胞施压来增加通过细胞核膜所传递的废弃物的流量，以这种方式，研究人员展示出了一条能用来移除细胞废弃物的通路，否则可能会损伤细胞的基因组。研究者Johanna Hoog说道，这种对细胞正常功能的探索或许有望帮助开发治疗癌症等多种疾病的新型疗法。文章中，研究人员利用高分辨率电子显微镜就能观察到蛋白质聚集物是如何通过细胞核膜以小“信封”的形式进行发送的，研究人员也描述了一种此前在细胞废弃物管理中未知的运输途径。

在细胞中，新的蛋白质会不断生成，而其它蛋白质则会被分解为相应组分从而被回收，这对于细胞健康非常重要，因为就像任何环境中的废弃物堆积一样，受损的蛋白质会变得有毒。研究者指出，通过细胞核膜的运输和细胞中蛋白质的质量控制之间这种完全意想不到联系是让我们觉得非常有意思的地方。此外，研究人员还分析了通过细胞核膜来发送小“信封”的现象到底有多普遍，研究者发现，这种现象或许存在于所有研究的物种中，包括从小型单细胞寄生虫到人类细胞等；随后研究者以不同的方式对细胞施压，比如将其暴露于有害物质或高温下，更多的蛋白质就会发生错误的折叠，这样研究人员就能观察到通过细胞核膜的废弃物运输的频率会增加。

研究者表示，或许重要的是，受损的蛋白质会与基因组发生分离，而在分离处或许会引起突变，而突变又会引发更多受损蛋白质的产生。细胞中运行功能不良的废弃物管理会产生一种螺旋式的下降过程，而废弃物最终则会杀灭细胞，这有时会发生在阿尔兹海默病患者的大脑和一些其它形式的痴呆症患者中。从另一方面来讲，癌细胞会比健康细胞产生更多的废弃物，而这或许会被一些停止正常细胞废弃物管理的化疗药物所利用，从而就会导致癌细胞要比正常细胞死亡地更快，从而就会迫使癌症进入缓解期。

在热激过程中酿酒酵母核的膜出芽(NEB)频率会增加。

图片来源：Dimitra Panagaki,et al. Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2020997118

由于细胞的废弃物管理系统如今已经是癌症疗法的一个攻击的重点，因此研究人员认为，发现一种未知的运输途径或许有可能会导致新型更加有效的癌症疗法被开发。当研究人员利用一种停止废弃物处理的化学物质（如今用于癌症疗法）来处理细胞时，通过细胞核膜介导的废弃物的运输水平就会增加。你可以说，我们封住了细胞处理厂的所有开口，即所谓的蛋白酶，这或许就会引起细胞的补偿机制，并能通过这种运输途径来代替清除不争取折叠的蛋白质。

如今研究人员希望能够获得更多的资金支持来研究细胞废弃物运输背后的分子机制，并更仔细地观察癌细胞中存在的这种现象；综上，本文研究结果表明，核包膜出芽的方式或许是一种并未被科学家们重视但可能会作为基本核运输的一种手段。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Dimitra Panagaki,Jacob T. Croft,Katharina Keuenhof, et al. Nuclear envelope budding is a response to cellular stress, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2020997118